Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý - Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý - Mai Lam

HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ(Geographic Information System)Mai LamBộ môn Khoa học máy tính9/28/20211Giới thiệu môn họcThông tin GV:Email: mlam.udn@gmail.com; SDT: 0932567800Mục đích:Môn học cung cấp kiến thức về bản đồ, GIS và các ứng dụng của GIS trong trong kinh tế và kỹ thuật. Phần thực hành hướng dẫn SV các thao tác với các lớp dữ liệu địa lý trên phần mềm MapInfo.Yêu cầu:Dự lớp: tối thiểu 80% các buổi học lý thuyết, các buổi thực hành Hoàn thành 100% bài tập được yêu cầu.Cách đánh giá:Thang điểm: thang điểm 10, điểm đạt là từ 5 trở lên.Chuyên cần :10%; Bài tập thực hành: 20%; Giữa kỳ: 20%; Cuối kỳ: 50%Tài liệu:Bài giảng, Giáo trình, Tài liệu thực hành (ội dungChương 1. Tổng quan về HTTTĐLChương 2. Các thành phần cơ bản của HTTTĐLChương 3. Dữ liệu địa lýChương 4. Xử lý dữ liệu trong GISChương 5: Ứng dụng MapInfo trong quản lý thông tin địa lý9/28/20213Chương 1. TỔNG QUAN VỀ GISMục tiêu:Hiểu các khái niệm cơ bản về GIS, bao gồm các chức năng, hệ thống và sự hữu ích của GIS Xác định nhu cầu của GIS đối với việc quản lý tài nguyên thiên nhiênNắm đước được các ứng dụng trong việc sử dụng GIS.9/28/20214Nội dungKhái niệm về Hệ thống thông tin, GISCác chức năng cơ bản của GISCác yêu cầu cơ bản của GISCác ứng dụng GIS Khái niệm Hệ tọa độ9/28/20215Các khái niệmCông nghệ thông tin tập trung giải quyết các nội dung sau:Xác định hệ thống thông tinThu nhận thông tinQuản lý thông tinTruyền thông tinCung cấp thông tin9/28/20216Các khái niệm (2)Hệ thống thông tinLà hệ thống có chức năng truy cập, lưu trữ, xử lý và truy xuất thông tinBao gồm dữ liệu và chương trình xử lý chúngĐặc điểm tích hợp thông tinHệ thống thông tin địa lýCó đối tượng là thông tin liên quan địa lý (không gian) – đã được số hóa, xử lý, tổ chức, phân tíchMức độ đơn giản nhất là bản đồ9/28/20217Định nghĩa GIS GIS (Geographic Information System) – Hệ thống thông tin địa lý được định nghĩa như một hệ thống thông tin bao gồm các quá trình đầu vào (input), truy xuất (retrieve), xử lý (process), phân tích (analyze) và đầu ra (output) các dữ liệu tham chiếu hay các dữ liệu về không gian địa lý nhằm hỗ trợ việc ra quyết định về các dự án cũng như việc quản lý nguồn tài nguyên thiên nhiên và vấn đề môi trường.9/28/20218Khái niệm về dữ liệu không gian địa lý9/28/20219Điều gì xảy ra nếu không có GIS ?Dữ liệu không gian địa lý khó có thể duy trì.Bản đồ và bảng biểu không được cập nhật.Dữ liệu và thông tin không chính xácDữ liệu địa lý trở nên mâu thuẫnKhông có tiêu chuẩnKhông có sự chia sẻ dữ liệuKhông có dịch vụ truy xuất dữ liệuKhông có những quyết định mang tính khoa học9/28/202110Lợi ích của GISDữ liệu không gian địa lý được duy trì tốt hơn trong một định dạng tiêu chuẩn.Việc xem lại và cập nhật dễ dàng hơn.Tìm kiếp, phân tích và miêu tả thuận lợi hơn.Sản phẩm có giá trị hơn.Dữ liệu có thể chia sẻ và trao đổi.Năng suất được cải thiện.Tiết kiệm thời gian và tiền bạc.Đưa ra những quyết định tốt và đúng đắn hơn.9/28/202111Các chức năng cơ bản của GIS9/28/202112Các chức năng cơ bản của GIS (t.t)Chức năngChức năng conThu thập dữ liệu và giai đoạn tiền xử lýBiên tập, xây dựng hình học tôpô, chuyển biến định dạng v.vQuản lý cơ sở dữ liệu và truy xuấtLưu trữ dữ liệu, bảng câu hỏi v.vĐo đạc không gian và phân tíchCác hoạt động bước đệm, chồng lớp v.vBiểu đồ đầu ra và những hình dungBản đồ, góc nhìn mắt chim ưng v.v9/28/202113GIS là ngành khoa học đa rèn luyệnĐịa lýNghiên cứu bản đồViễn thám (RS – Remote sensing)Quang trắcTrắc địaĐo đạcThống kêNghiên cứuKhoa học điện toánToán họcXây dựng dân dụngDự án đô thị v.v9/28/202114Vùng ứng dụng của GISQuản lý phương tiệnQuản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trườngMạng lưới đường phốDự án và công nghệHệ thống thông tin đất đai9/28/202115Quản lý phương tiện9/28/202116Ứng dụng trên xe ôtô9/28/202117Dự án đô thị9/28/202118Ứng dụng để thu thuế9/28/202119Quản lý hệ sinh thái9/28/202120Quản lý môi trường bị nhiễm độc9/28/202121Xác định vị trí và khoảng cách9/28/202122Mật độ che phủ + Phân bố dân cư9/28/202123Bản đồ hiện trạng + Phân cấp cao độ9/28/202124Bản đồ thể hiện xói mòn + Phân bố dân cư trong lưu vực9/28/202125Tiêu chuẩn GIS9/28/202126Vai trò của viễn thám và GIS trong việc ra quyết định Yếu tố con người Yếu tố vật lý hoạt động con người thống nhất cộng đồng nhận thức cộng đồng cơ sở dữ liệuĐộng lực: dân số, sức khỏe, giàu sang, kỹ thuật, kinh tế, chính trịTác động của con người: phát triển, đô thị hóa, công nghiệp hóa, xây dựng, năng lượngMôi trường thay đổi: Nhu cầu sử dụng đất, phong cách sống, thoái hóa đất, sự ô nhiễm, biến đổi khí hậuRa quyết định: các chính sách, dự án, công tác quản lýĐiều khiển bởi Viễn thámPhân tích và đánh giá bởi GIS9/28/202127Phân biệt GIS với một số hệ thống thông tin khác?GIS liên quan mật thiết với một số hệ thống thông tin khác như: Desktop Mapping (thành lập bản đồ), CAD (trợ giúp thiết kế nhờ mày tính), Viễn thám và GPS (hệ thống định vị toàn cầu), DBMS (Hệ quản trị cơ sở dữ liệu).Nhưng chỉ GIS mới có khả năng phân tích dữ liệu địa lý.9/28/202128Phân biệt GIS với một số hệ thống thông tin khác?Desktop Mapping (thành lập bản đồ): Sử dụng bản đồ để tổ chức dữ liệu và tương tác người dùng. Trọng tâm của hệ thống này là thành lập bản đồ: bản đồ là cơ sở dữ liệu. Hạn chế hơn so với GIS về khả năng quản lý dữ liệu, phân tích không gian và khả năng tuỳ biến. 9/28/202129Phân biệt GIS với một số hệ thống thông tin khác?CAD (trợ giúp thiết kế nhờ mày tính) Trợ giúp cho việc tạo ra các bản thiết kế xây dựng nhà và cơ sở hạ tầng. CAD yêu cầu một số quy tắc về việc tập hợp các thành phần và các khả năng phân tích rất giới hạn. Hệ thống CAD có thể được mở rộng để hỗ trợ bản đồ nhưng thông thường bị giới hạn trong quản lý và phân tích các cơ sở dữ liệu địa lý lớn.  9/28/202130Phân biệt GIS với một số hệ thống thông tin khác?Viễn thám và GPS (hệ thống định vị toàn cầu)Nghiên cứu bề mặt trái đất sử dụng kỹ thuật cảm biến như quay camera từ máy bay, các trạm thu GPS hoặc các thiết bị khác.Thu thập dữ liệu dạng ảnh và cung cấp các khả năng thao tác, phân tích và mô phỏng những ảnh này.Do thiếu các tính năng phân tích và quản lý dữ liệu địa lý, nên không thể gọi là GIS thực sự. 9/28/202131Phân biệt GIS với một số hệ thống thông tin khác?DBMS (Hệ quản trị cơ sở dữ liệu)Chuyên về lưu trữ và quản lý tất cả các dạng dữ liệu bao gồm cả dữ liệu địa lý.Nhiều hệ GIS đã sử dụng DBMS với mục đích lưu trữ dữ liệu. DBMS không có các công cụ phân tích và mô phỏng như GIS. 9/28/202132Trao đổi & Thảo luậnVấn đề 1Vấn đề 29/28/202133Bản đồ địa lýKhái niệm chungĐịnh nghĩaTính chấtNội dungCơ sở toán họcCác hệ quy chiếuLưới kinh vĩ tuyếnKhung bản đồBố cục bản đồPhân mãnh bản đồPhân loại bản đồCác phương pháp biểu thị hiện tượng trên bản đồ9/28/202134Ch2 - Hệ tọa độ35Tại sao chúng ta phải biết nguồn gốc thông tin không gian?Biết được nguồn gốc có thể giúp bạn hiểu được:Tại sao hai bản đồ cùng kích thước mà lại không chồng được lên nhau.Tại sao miền đo trên một bản đồ có thể khác với kích thước của cùng một miền trên bản đồ khác.Tại sao một đối tượng có thể xuất hiện trên một bản đồ, nhưng không xuất hiện trên bản đồ khác.Và các vấn đề với dữ liệu không gian Ch2 - Hệ tọa độ36Nguyên tắc đầu tiên Làm cách nào để nhận dữ liệu đo được trên trái đất lên bản đồ.Cách nào để mô hình hóa trái đất để mọi thứ trên trái đất đều được thể hiện trên bản đồ.Cách đưa thông tin 3 chiều (chiều dài, chiều rộng và chiều cao) thành 2 chiều (chiều dài và chiều rộng)-> Liên quan đến khoa đo đạc (geodesy).Ch2 - Hệ tọa độ37HỆ TỌA ĐỘPhép chiếu bản đồ là sự chuyển đổi có hệ thống từ tọa độ hình cầu thành hệ tọa độ phẳng. Ch2 - Hệ tọa độ38Ellipsoid / Spheroid (dạng elip/ dạng cầu)Các mô hình hóa trái đất đưa về các dạng Elip và dạng hình cầu.Với một bản đồ, dạng Ellipsoid / Spheroid được chấp nhận là phù hợp nhất với quả địa cầu tại vị trí làm bản đồ đó.Ví dụ với bản đồ thế giới, elippsoid thích hợp nhất để mô tả toàn bộ quả địa cầu.Ch2 - Hệ tọa độ39Mối quan hệ giữa trái đất, quả địa cầu, và ellipsoidCh2 - Hệ tọa độ40ELLIPSOIDCh2 - Hệ tọa độ41Các elippsoid đã được sử dụng cho các bản đồ Viêt namEverest ellipsoidClarke ellipsoidKrassovsky ellipsoidWorld Geodetic Spheroid 1984 (WGS84)Có 100 elippsoid cho trái đất.Ch2 - Hệ tọa độ42Một ElippsoidPhép đo trên một Elippsoid được tạo bởi vĩ độ - latitude (= north/south) và kinh độ - longtitude (= east/west)Để cho thuận tiện: 0 ứng với north/south là đường xích đạo. 0 ứng với east/west kinh tuyến Greenwich (GMT), EnglishCh2 - Hệ tọa độ43Ch2 - Hệ tọa độ44Mốc tọa độMốc tọa độ cần được định nghĩa để cho phép thực hiện các phép đo trên trái đất tương ứng với một vị trí trên ellipsoid.Mốc tọa độ định nghĩa kích thước và hình dáng của trái đất với gốc và hướng của tọa độ hệ thống được sử dụng trên bản đồ.Có 1000 mốc tọa độ cho trái đất – hầu hết mỗi nước có một hoặc nhiều mốc tọa độ riêng.Ch2 - Hệ tọa độ45Hệ tọa độ VietnamĐược xây dựng lần đầu tiên bởi người Pháp năm 1887Bây giờ bạn có thể tìm:PulkovoIndianHanoi 72WGS 84VN 2000Ch2 - Hệ tọa độ46Một mốc tọa độ cóThông tin liên quan đến vị trí được định nghĩa trong các biến của mốc.Nó vẫn là một vị trí ba chiều.Nó có thể được chiếu tới không gian hai chiều.Có rất nhiều phép chiếu Ch2 - Hệ tọa độ47CÁC PHÉP CHIẾU H×nh trôH×nh nãnGãc ph­¬ng vÞCh2 - Hệ tọa độ48PHÉP CHIẾU UTMMercator đã lập ra phép chiếu vào thế kỷ 16 PhÐp chiÕu nµy gi÷ nguyªn ®­îc gãc ®o. Bëi vËy nã ®­îc gäi lµ phÐp chiÕu h×nh. H×nh d¹ng lµ ®Æc tÝnh rÊt quan träng cña c¸c nhµ quan tr¾c. PhÐp chiÕu nµy ®­îc dïng lµm c¬ së cña hÖ täa täa ®é ph¼ng ®Þa lý vµ ®­îc gäi lµ hÖ thèng UTM (Universal Transverse Mercator)Ch2 - Hệ tọa độ49ĐĂNG KÝ TỌA ĐỘ CHO BẢN ĐỒ Bản đồ chưa đăng ký tọa độ. Bờ biển dựa trên Lambert Conformal Conic, trongkhi sông suối dựa trên Polyconic projection, ranh giới dựa trên MercatorBản đồ tương tự đã được đăng ký tọa độ dựa trên hệ quy chiếu Lambert Conformal Conic. Ch2 - Hệ tọa độ50H×nh d¹ng tr¸i ®Êt rÊt phøc t¹p. B¶n ®å nµy chØ ra ®é lÖch cña geoid tõ h×nh d¹ng ®¬n gi¶n h¬n. World Geodetic Data System ellipsoid n¨m 1984. MiÒn cña ®é lÖch n»m tõ 75 m (mµu ®á) -New Guinea ®Õn 104 m (mµu tÝm, ë Ên ®é d­¬ng). Source: U.S. National Geodetic Survey.Ch2 - Hệ tọa độ51Tọa độ hệ thốngQuyết định vị trí bắt đầu và đo mọi thứ nó cóTọa độ hệ thống có thể chọn:Latitude và longitude (độ, phút, giây)Dạng lưới (như UTM, UPS, Gaussian)Tọa độ hệ thống có:GốcĐơn vị đo lườngHướng(Phạm vi)Ch2 - Hệ tọa độ52Tọa độ hệ thống được sd tại VNLatitude / Longitude (geographic)Gaussian GridUTM GridLocal Coordinate Systems (cho các bản đồ riêng như các bản đồ về du lịch )Ch2 - Hệ tọa độ53 Tỷ lệ bản đồ là gì?Tỷ lệ bản đồ chỉ mức độ thu nhỏ của bản đồ so với thực tế. Cần phải có một tỷ lệ bản đồ thích hợp và thống nhất cho các đối tượng địa lý trong một CSDL GIS. Tùy theo quy mô, tính chất của bản đồ để chọn tỷ lệ thích hợp.Tỷ lệ của một bản đồ phụ thuộc vào lượng thông tin và độ lớn của vùng sẽ được thể hiện trên bản đồ. Bản đồ có tỷ lệ lớn sẽ trình bày các đặc tính địa lý một cách chi tiết hơn nhưng chỉ thẻ hiện được vùng nhỏ hơn vì số thu nhỏ của bản đồ lớn hơn. (vd: bản đồ tỷ lệ 1:10000). Bản đồ có tỷ lệ nhỏ (1:250000) có thể trình bày được một vùng rộng lớn nhưng mức độ thể hiện chi tiết sẽ nhỏ hơn vì hệ số thu nhỏ sẽ lớn hơn. Có 3 cách thể hiện tỷ lệThanh tỷ lệMô tả tỷ lệ bằng lờiMiêu tả bằng phân sốCh2 - Hệ tọa độ54TỶ LỆ BẢN ĐỒTû lÖ b¶n ®åTû lÖ ¶nh hµng kh«ngCh2 - Hệ tọa độ55 Tỷ lệ là gì?Thanh tỷ lệCh2 - Hệ tọa độ56Tỷ lệ là gì?Tỷ lệ bằng lời: tỷ lệ của một bản đồ mà thể hiện mối quan hệ giữa khoảng cách trên bản đồ và khoảng cách trên bề mặt trái đất được sử dụng bằng lời. Ví dụ: ‘Một cm đại diện cho 10 km’Phân số miêu tả: tỷ lệ của một khoảng cách trên bản đồ với một khoảng cách tương đương được đo cùng một đơn vị trên bề mặt Trái đất Ví dụ: Một tỷ lệ bản đồ 1:50 000 có nghĩa là một cm trên bản đồ bằng 50 000 cm trên bề mặt Trái đất. Ch2 - Hệ tọa độ57Tỷ lệ là gì?Mức độ chi tiết của dữ liệu không gianCh2 - Hệ tọa độ58Tỷ lệ là gì?Ch2 - Hệ tọa độ59Độ phân giải là gì? (Hệ thống viễn thám) Một vùng được thể hiện bằng một pixel trên ảnh§é ph©n gi¶i kh«ng gianCh2 - Hệ tọa độ60Độ phân giải là gì? (Hệ thống viễn thám)2. Độ phân giải phổ: Những phần của phổ điện từ mà được đo bởi hệ thống viễn thám. .Landsat TM: blue, green, red, nir, mir, tir .SPOT: giải sóng nhìn thấy, green, red, ir3. Độ phân giải về thời gian (Chu kỳ): tần số xuất hiện mà các ảnh được thu thập tại cùng một vùng trên bề mặt của Trái đất bởi hệ thống viễn thám. .Landsat TM: 16 ngày .SPOT: 28 ngày Ch2 - Hệ tọa độ61Độ phân giải là gì? (Hệ thống viễn thám)4. Sự chi tiết của các bản đồ mà mô tả vị trí và hình dạng của các đối tượng địa lý.§é ph©n gi¶i cao h¬n§é ph©n gi¶i thÊp h¬nTrao đổi & Thảo luậnVấn đề 1Vấn đề 29/28/202162